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以色列研究出创新制氢技术,效率高达98.7%

时间:  2019-11-07 09:38  来源:  氢能观察   作者:  网络转载

日前,以色列理工学院(Technion)的研究人员开发了一种创新的制氢技术,这种技术清洁、廉价、安全。此外,据研究人员估计,该技术将使生产效率从75%提高到98.7%。

该生产工艺比传统的氢气提取方法更加环保。世界需要清洁的氢生产技术。原因是现在99%的氢都来自化石燃料。据估计,人类排放到大气中的二氧化碳有2%来自于从天然气中提取氢气的过程。这些排放加剧了全球变暖。

以色列理工学院研究人员用来产生氢的过程被称为电化学-热活化化学(E-TAC)水分解。该工艺使用具有化学组成的阳极,该阳极在循环过程中间歇性地变化。

在该环保工艺的第一阶段,阴极通过减少水分子产生氢气,而阳极在不产生氧气的情况下改变其化学成分。从那里,阴极是被动的,而阳极通过氧化水分子产生氧气。在循环结束时,阳极回到初始状态,这个过程再次开始。

据《耶路撒冷邮报》报道,E-TAC水分解过程可以解除氢和氧的析出反应。

研究人员创建了H2Pro,将制氢技术转化为商业应用。H2Pro是以色列理工学院研究人员创办的一家基于氢技术的初创企业。通过H2Pro,他们希望能够将他们的生产方法扩展到商业应用中。

今天生产的氢中,有超过一半(53%)用于生产化肥和其他物质所需的氨。同时20%用于炼油厂,另外20%用于其他用途,7%用于生产甲醇。

随着全球努力应对全球变暖,并采用更清洁的能源,包括氢作为可再生能源和燃料电池电动汽车,氢预计将在未来发挥更大的作用。

该项制氢技术的研究是由材料科学与工程学院的Avner Rothschild教授和化学工程学院的Gideon Grader教授领导。

该策略将水分解全反应分解为以下两步:

第一步:在电催化机制下,在阴极进行析氢反应,同时阳极被还原;

第二步:在热催化机制下,高温驱动水分子在阳极上快速氧化,同时阳极催化剂还原至初始态。

采用“两步法”的无膜两电极电解池在水分解过程中的平均工作电压为1.44-1.60 V,而电流密度为10-200 mA/cm2。

该工作利用电化学步骤和化学步骤构建全解水反应的催化循环,以高效率、高稳定性、高安全性著称,在低压产氢方面极具前景。

该系统的每个单元包含固定的阳极和阴极,以配合操作。在制氢期间,低温电解液循环通过电池A,将氢气泡移动到氢气分离器。同时,热电解质流过电池B以再生阳极,产生氧气并将氧气泡移动到氧气分离器。整个系统中没有移动电极,只需使冷、热电解液流动。在冷、热步骤之间,中间置换流体填充电池。同时,仅在制氢期间将电极连接到电源。此外,该装置降低了气体混合的可能性,将产氢、产氧时间分离,使该体系的安全系大幅提高。

该研究成果以“Decoupled hydrogen and oxygen evolution by a two-step electrochemical–chemical cycle for efficient overall water splitting”为题目发表在著名期刊Nature Energy上。
 

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